關(guān)于核電廠安全級設(shè)備鑒定的研究

楊峰　梁熙

摘要：該文介紹了核電廠安全級設(shè)備鑒定的研究，這里以核島通風系統(tǒng)為例，主要從鑒定設(shè)備選擇、質(zhì)量鑒定試驗步驟和試驗方法等方面進行闡述，為核電廠1E/K3類相關(guān)設(shè)備的鑒定試驗提供了非常有益借鑒和參考依據(jù)。同時鑒定試驗表明，該核島通風安全級（1E）就地控制系統(tǒng)的鑒定試驗的結(jié)果符合相關(guān)法規(guī)、規(guī)范和標準要求。

關(guān)鍵詞：安全級設(shè)備；鑒定試驗；核島通風；抗震試驗；環(huán)境試驗；電磁兼容性試驗

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）10-0219-03

本文介紹了核電廠安全級設(shè)備鑒定的研究，這里以核島通風系統(tǒng)為例，主要從鑒定設(shè)備選擇、質(zhì)量鑒定試驗步驟和試驗方法等方面進行闡述，為核電廠1E/K3類相關(guān)設(shè)備的鑒定試驗提供了非常有益借鑒和參考依據(jù)。同鑒定試驗表明核島通風安全級（1E）就地控制系統(tǒng)的鑒定試驗的結(jié)果符合相關(guān)法規(guī)、規(guī)范和標準要求[1][2]。

1 鑒定設(shè)備的選擇和分類

試驗樣機的選擇應(yīng)充分考慮其包絡(luò)代表性及其保守性，應(yīng)在質(zhì)量鑒定涉及設(shè)備范圍內(nèi)選擇外形尺寸最大、結(jié)構(gòu)相對復雜和安裝元件較多的作為樣機，即選擇同等地震載荷作用下，結(jié)構(gòu)動力特性最不穩(wěn)定，并具有一定包絡(luò)代表性產(chǎn)品作為樣機。結(jié)合核島通風就地控制系統(tǒng)設(shè)備的特點選擇試驗樣機一落地柜，試驗樣機二壁掛箱；試驗樣機的安全等級1E，抗震等級1類，質(zhì)保等級QA1，鑒定等級K3，防護等級IP65。

2 質(zhì)量鑒定試驗[3][5]

K3級儀控設(shè)備標準質(zhì)量鑒定程序包括基準試驗、正常運行環(huán)境條件下極限值試驗、耐久性試驗、地震試驗。

2.1 基準試驗

在基準（設(shè)計）條件下測定設(shè)備的初始功能特性，作為以后的試驗的初始基準值，并確定每種試驗期間和每次試驗之后測得的功能特性參數(shù)的允許偏差。

基準試驗包括兩部分：1）外觀檢查以及基本電氣特性試驗，如介電強度、絕緣電阻、接地連續(xù)性；2）系統(tǒng)功能試驗。

2.2 IP防護等級試驗

試驗依據(jù)GB 4208-2008外殼防護等級（IP碼）進行，樣機IP等級要求為IP65。

將樣機放入防塵箱中，用滑石粉代替粉塵，樣機與真空泵連接，外殼內(nèi)部與外部壓差為1.9kPa，試驗持續(xù)8h。試驗完畢后打開樣機進行檢查，無明顯灰塵進入。

使用淋噴水裝置對樣機進行防水性能試驗，使用Ф6.3mm噴頭，流水量12.5L/min，噴頭距樣機2.5～3m，試驗持續(xù)5min。試驗完畢后打開樣機檢查，無明顯進水、滲漏現(xiàn)象。

在IP防護試驗前、試驗后的系統(tǒng)功能測試結(jié)果滿足基準試驗的設(shè)計要求。

2.3 運行環(huán)境條件下極限值試驗

運行環(huán)境條件試驗用于檢驗設(shè)備在影響量的額定范圍內(nèi)和限值上的功能特性，針對試驗樣機的設(shè)備特性，所選取的影響量為電源電壓、電源頻率以及電磁干擾等，樣機的功能特性需要在這些影響量的作用下仍能滿足相關(guān)要求。

2.3.1 電源變化影響試驗

試驗依據(jù)RCC-E（2005）MC4400/4600/4700進行，對處于運行狀態(tài)下的系統(tǒng)進行如下試驗：

1）供電電壓極限范圍影響試驗：供電電壓為交流403V時保持30min，供電電壓為交流342V時保持30min，分在2個極限供電條件下進行系統(tǒng)功能測試。

2）電壓慢變化試驗：使用交流342V電壓為樣機供電，然后將電壓在大于60s的時間內(nèi)按照線性規(guī)律下降至0V，然后從0V開始在60s內(nèi)增加電壓至交流342V，以相同的試驗條件重復進行2次試驗。在電壓慢變化變化試驗過程中對系統(tǒng)進行監(jiān)測。

3）電源頻率變化試驗：將供電電源頻率調(diào)至48Hz，并進行系統(tǒng)功能測試；將供電電源頻率調(diào)至52Hz，并進行系統(tǒng)功能測試。

4）電壓變化和溫度變化試驗：將通電的樣機置于一個高低溫潮濕試驗箱中，依次使試驗箱的溫度達到下述數(shù)值：23℃、-15℃、23℃、40℃、23℃。溫度變化平均速率為10℃/h，對于以上列出的溫度平臺，在溫度保持2小時后對樣機系統(tǒng)進行系統(tǒng)功能測試。其中，對于溫度-15℃時，將供電電壓調(diào)整到其額定范圍的最低值（交流342V）；對于溫度+40℃，將供電電壓調(diào)整到其額定范圍的最高值（交流403V）。

在電源變化影響試驗的各個階段中，系統(tǒng)功能測試結(jié)果均滿足基準試驗的設(shè)計要求，并且在電壓緩慢變化過程中沒有引起被試設(shè)備或相關(guān)設(shè)備的任何損壞。

2.3.2 電磁兼容（EMC）試驗[8]

1）靜電放電抗擾度試驗：按照安裝方式安裝樣機，連接布線并進行通電，試驗依據(jù)GB/T17626.2靜電放電抗擾度試驗嚴酷等級4進行。樣機與實驗室墻壁和其他金屬性結(jié)構(gòu)之間的距離最小為1m。在機柜鑰匙孔、垂直耦合版處采用接觸放電試驗10次，在電纜、機柜接縫、指示燈、柜殼處采用空氣放電試驗10次。

試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

2）射頻電磁場輻射抗擾度試驗：按照安裝方式安裝樣機，連接布線并進行通電，試驗依據(jù)GB/T 17626.3 射頻電磁場輻射抗擾度試驗嚴酷等級3進行。樣機放置在距地面0.8m的絕緣臺上，場強為10V/m，用1kHz的正弦波對信號進行80%的幅度調(diào)制后，在80MHz-1000MHz頻率范圍內(nèi)以基頻1%步長進行掃描測量，每一頻率點上掃描駐留時間0.5s。分別對樣機水平和垂直方向進行試驗。

試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

3）電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗：按照安裝方式安裝樣機，連接布線并進行通電，試驗依據(jù)GB/T 17626.4 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗嚴酷等級3進行。樣機放置在距離接地參考地面0.1m±0.01m的絕緣支座進行隔離，將試驗電壓調(diào)到峰值2kV，脈沖頻率5kHz。依次對電源端口和地線施加電壓5次，試驗持續(xù)時間60s。

試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

4）浪涌（沖擊）抗擾度試驗：按照安裝方式安裝樣機，連接布線，試驗依據(jù)GB/T 17626.5 浪涌（沖擊）抗擾度試驗進行。分別按等級1（0.5士0.05）kV、等級2（1.0士0.1）kV、等級3（2士0.2）kV，依次進行試驗。施加不同的等級電壓時，在直流電源端和互聯(lián)線上加五次正極性和五次負極性浪涌脈沖，在交流電源端口應(yīng)分別在0°、90°、180°、270°相位加五次正極性和五次負極性浪涌脈沖，連續(xù)脈沖的間隔不超過1分鐘。

試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

5）射頻場感應(yīng)的傳導騷擾抗擾度試驗：按照安裝方式安裝樣機，連接布線并進行通電，試驗依據(jù)GB/T 17626.6射頻場感應(yīng)的傳導騷擾抗擾度試驗等級3進行。電源端口采用CDN-M2直接注入，用1kHz的正弦波對信號進行80%的幅度調(diào)制后，在150kHz-80MHz頻率范圍內(nèi)以基頻的1%步長進行掃描測量，每一頻率點上掃描駐留時間0.5s。掃描3次，發(fā)現(xiàn)敏感頻點時應(yīng)個別分析。頻率遞增掃描時，步進尺寸不應(yīng)超過先前頻率的1%。

試驗過程中對系統(tǒng)進行監(jiān)測，試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

6）工頻磁場抗擾度試驗：按照安裝方式安裝樣機，連接布線并進行通電，試驗依據(jù)GB/T 17626.8工頻磁場抗擾度試驗等級4進行。采用浸入法對樣機施加磁場，線圈方向分別為X、Y、Z，磁場強度30A/m，磁場頻率50Hz，持續(xù)時間30s。

試驗過程中對系統(tǒng)進行監(jiān)測，試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

7）信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾試驗：按照技術(shù)要求連接布線，并進行通電，試驗依據(jù)GB 9254 信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法進行，即分別對電源端子（A、B、C三相）傳導騷擾值和模擬件在測量距離R處（10m）的輻射騷擾值進行測量記錄，需滿足B級要求。

試驗過程中對系統(tǒng)進行監(jiān)測，試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

8）電壓短時中斷抗擾度試驗：按照技術(shù)要求連接布線，并進行通電，試驗依據(jù)GB/T 17626.11 電壓暫、短時中斷和電壓變化的抗擾度試驗類別3進行試驗。對樣機分別提供額定供電電壓的下限值（342V）、中間值（372.5V）和上限值（403V），并在三種電壓等級下調(diào)節(jié)試驗發(fā)生器，使初始值電壓在100ms內(nèi)降至3.42V一下，停留250個周期后在20ms內(nèi)增加電壓至初始值。

試驗過程中對系統(tǒng)進行監(jiān)測，試驗完成后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

在電磁兼容（EMC）試驗的各個階段中，系統(tǒng)功能監(jiān)測結(jié)果均滿足基準試驗的設(shè)計要求。每個階段試驗前、試驗后的系統(tǒng)功能測試結(jié)果滿足基準試驗的設(shè)計要求。

2.4 耐久性試驗

耐久性試驗的目的是模擬樣機在正常運行范圍內(nèi)運行時所引起的退化，以考核樣機在一定的期間內(nèi)保持功能的能力。設(shè)備需要連續(xù)經(jīng)受以下試驗：熱老化試驗、交變濕熱試驗、長期運行老化試驗、振動老化試驗。

2.4.1 熱老化試驗

熱老化試驗一般采用加速老化，加速老化的模擬原則是，既要盡可能的縮短老化時間，又要能確保設(shè)備元器件不致因為溫度過高而損壞。

1）干燥高溫試驗：將樣機放進高低溫試驗箱中，試驗依據(jù)GB/T 2423.2電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗（高溫）進行。使試驗箱的溫度從環(huán)境溫度逐漸上升到試驗采取的（70±2）℃。在達到熱平衡后，保持恒定96h，然后溫度逐漸回降到環(huán)境溫度，溫度上升和下降的變化速度應(yīng)小于1℃/min。

試驗結(jié)束后，需使試驗箱在規(guī)定的正常大氣條件下保持足夠的時間（2h），使之達到熱平衡，然后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

2）低溫試驗：將樣機放進高低溫試驗箱中，試驗依據(jù)GB/T 2423.1電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗（低溫）進行。使試驗箱的溫度從環(huán)境溫度逐漸下降到試驗采取的（-25±2）℃。在達到熱平衡后，保持恒定95h，然后溫度逐漸回升到環(huán)境溫度，溫度上升和下降的變化速度應(yīng)小于1℃/min。

試驗結(jié)束后，需使試驗箱在規(guī)定的正常大氣條件下保持足夠的時間（2h），使之達到熱平衡，然后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

2.4.2 交變濕熱試驗

交變濕熱試驗是用以確定樣機在溫度循環(huán)變化、樣品表面產(chǎn)生凝露的濕熱條件下使用和貯存的適應(yīng)性，檢驗樣機在濕熱條件下仍可正常工作。

將樣機放進高低溫試驗箱中，試驗依據(jù)GB/T 2423.4 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗（交變濕熱）進行。在溫度25℃±3℃、相對濕度45%～75%的條件下，使溫度達到穩(wěn)定之后，在1h內(nèi)使相對濕度升高到不小于95%，使試驗箱溫度在24h內(nèi)按升溫、高溫高濕恒定、降溫、低溫高濕恒定四個階段循環(huán)變化。

試驗結(jié)束時（循環(huán)末），試驗箱條件是溫度（25±3）℃、相對濕度95%。將試驗箱的相對濕度在1h內(nèi)降至（75±2）%，然后再在另外的2h內(nèi)將溫度降至試驗室溫度，恢復期結(jié)束后對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

2.4.3 長期運行試驗

按照技術(shù)要求連接布線，并進行通電，試驗依據(jù)GB/T 2423.2 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗（高溫）進行。試驗分為兩個階段，第一階段試驗溫度為（55±2）℃，持續(xù)300h；第二階段試驗溫度為（40±2）℃，持續(xù)300h。

2.4.4 振動老化試驗[7]

按照技術(shù)要求連接布線，試驗依據(jù)GB/T 2423.10電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 震動（正弦）進行。試驗程序如下：

1） 掃頻探查試驗：沿三條軸線分別按照1倍頻程/分鐘掃描，掃描頻率范圍：10Hz—2000Hz—10Hz，在交越頻率（60Hz）以下，保持位移0.035mm不變，在交越頻率（60Hz）以上保持加速度0.5g不變，探查共振點；

2） 掃頻耐久性試驗：按上述方法，沿三條軸線進行掃描，每一軸線上的持續(xù)時間為2個循環(huán)；

3） 定頻試驗：對每一軸線上探查試驗中探查到的危險頻率進行定頻試驗，如果在探查試驗中沒有顯現(xiàn)出任何共振頻率，則對100Hz固定頻率進行試驗。各點試驗持續(xù)時間為10min±0.5min。

試驗前和試驗完成后需分別對樣機進行系統(tǒng)功能測試。

在耐久性試驗的各個階段中，系統(tǒng)功能監(jiān)測結(jié)果均滿足基準試驗的設(shè)計要求。每個階段試驗前、試驗后的系統(tǒng)功能測試結(jié)果滿足基準試驗的設(shè)計要求。

2.5 抗震試驗[4，6]

抗震試驗?zāi)康氖菫榱丝己嗽囼灅訖C在地震載荷下的其結(jié)構(gòu)剛度、強度以及在地震載荷作用中和作用后的功能指標，以驗證其在規(guī)定的地震載荷作用下及作用后的結(jié)構(gòu)和功能的完整性。抗震鑒定試驗應(yīng)按照下列步驟進行：

1） 動態(tài)特性探查試驗，用于查明設(shè)備的自振頻率、振型和阻尼等，了解設(shè)備的固有動態(tài)特性；

2） 抗震性能試驗，采用地震臺臺面的加速度信號作為控制信號先后完成5次SL1（OBE）和1次SL2（SSE）地震試驗，每次持續(xù)30s。用于考核設(shè)備在規(guī)定的地震動下，能否履行其規(guī)定的安全功能；

3） 最終檢驗，設(shè)備抗震性能試驗后，應(yīng)對設(shè)備的外形、結(jié)構(gòu)和功能進行測試和檢查，并與試驗前的基準數(shù)據(jù)相比，以證明設(shè)備在地震后的完整性、功能性和可運行性。

3 結(jié)束語

核電廠核島通風安全級（1E）就地控制系統(tǒng)的鑒定試驗的結(jié)果符合相關(guān)法規(guī)、規(guī)范和標準要求，并通過了國家核安全局驗收，為公司獲得安全局頒發(fā)的《民用核安全級設(shè)備設(shè)計和制造許可證》。同時本文研究了1E/K3類設(shè)備的鑒定試驗流程和試驗方法，可作為核電站儀控設(shè)計人員借鑒和參考。

參考文獻：

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[5] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 12727-2002核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備質(zhì)量鑒定[S].北京：中國標準出版社，2003.

[6] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 13625-92核電廠安全系統(tǒng)電氣設(shè)備抗震鑒定[S].北京：中國標準出版社，1993.

[7] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 2423.10-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗方法試驗Fc和導則：振動（正弦）[S].北京：中國標準出版社，2008.

[8] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 17626 電磁兼容試驗和測量技術(shù)[S].北京：中國標準出版社，2008.